Sistemes d’Aire Acondicionat...

www.aiguasol.com

Nota: Enganxar fotos

Nota: Enganxar fotosbackupheater

chiller

heat supply system chilled water

conditioned airbuilding/roomreturna ir

supplya i r

ambienta i r

exhausta i r

bufferstorage

desi

ccan

t w

heel

heat

rec

over

y w

heel

Sistemes d’Aire Acondicionat Solar

Hans SchweigerAIGUASOL Enginyería

Barcelona

Jornades “Sistemes Energètics Avançats”. Palma de Mallorca, Novembre 2003 www.aiguasol.com

Sistemes d’Aire Acondicionat Solar

? Introducció

? Col.lectors Solars de Mitja Temperatura

? Refredadores Tèrmiques

? Configuracions de Sistemes

? Projectes Realitzats

? Recerca

www.aiguasol.com



chiller



supplya i r

ambienta i r

exhausta i r

bufferstorage

desi

ccan

t w

heel

heat

rec

over

y w

heel

INTRODUCCIÓ


Estructura general del sistemes de refrigeració solar

thermal driven cooling process

heat

chilled water

conditioned air

Font: Task-25


Tipus de sistemes

backupheater

chiller


conditioned airbuilding/roomreturnair

supplyair

ambientair

exhaustair

bufferstorage

desi

ccan

t w

heel

heat

rec

over

y w

heel

?pla

?buit

?CPC

?aire

?compressió

?absorció

?adsorció

?“ jet pump“

?fan coils

?sostre fred

?altres

?roda dessecant

?diverses configuracions

Font: Task-25


Introducció –Problemàtica dels sistemes de refrigeració

? Demanda de climatització creixent? Canvis climàtics? Més exigències de confort? Augment de càrregues internes (ex: oficines)

? Puntes de consum elèctric per climatització a l’estiu

? Impacte dels CFC y HCFC sobre capa d’ozó


Introducció –Avantatges de la refrigeració solar

? Coincidència de màxima producció solar amb màxima demanda? Sistemes accionats per energia tèrmica ? alternativa als sistemes elèctrics? Utilització de màquines d’absorció enlloc de compressió? baix nivell de soroll i vibració? baix manteniment (poques parts mòbils)? rendiment més estable a càrrega parcial que en compressió

? Sistemes lliures de CFC i HCFC’s? Estalvi energètic? Estalvi en la factura elèctrica? Producció en “hora punta” amb energia solar gratuïta? Potència elèctrica contractada menor

? Utilització de les instal·lacions solars durant tot l’any (calefacció + refrigeració)


Introducció – Àrees d’aplicació

? Aplicació en grans edificis? Per potencies > 500 kW el preu unitari dels equips (€/kW) es veu

considerablement reduït

? Sector terciari? oficines, centres comercials, centres sanitaris, hotels

? Sector industrial i agrari? processos de climatització (> 0ºC) i refrigeració (< 0ºC)

? Consum continu durant tot l’any: ? calefacció + refrigeració? refrigeració

mes

kWh

www.aiguasol.com



chiller



supplya i r

ambienta i r

exhausta i r

bufferstorage

desi

ccan

t w

heel

heat

rec

over

y w

heel

COL·LECTORS SOLARS DE MITJA TEMPERATURA


? Col·lectors plans selectius? 5 % emissivitat TiNOx, SunSelect,

? Col·lectors tub de buit

? Col·lectors tipus CPC? Compound Parabolic Concentrator

? Col·lectors plans evacuats

? Col·lectors amb barreres de convecció? Aïllament transparent

Col·lectors solars de mitja temperatura


Col·lectors parabòlics amb seguiment solar

? Models comercials: ? IST? LS-3 (SOLEL)? Cilindro parabòlic

coberta de vidre (SOLEL)

? Nous desenvolupaments? Eurotrough, Synthesis

Solar? De Focus fix? Producció directa de

vapor (Project DISS)


0 25 50 75 100 125 150 1750,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9 f lat-plate evac. tube evac. flat-plate CPC-col lector parabol ic t rough

Irradiat ion: 800 W/m² d i rect normal200 W/m² dif fuse

effic

ienc

y

T - T A M B [K]6 0 80 100 120 1 4 0 1 6 0 180 200

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

Barcelona

en

erg

y yi

eld

[kW

h/m

²]temperature [°C]

F P C EFPC E T C C P C P T C

6 0 80 100 120 1 4 0 1 6 0 180 2000

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000Hue lva

en

erg

y yi

eld

[kW

h/m

²]

temperature [°C]

F P C EFPC E T C CPC P T C

FPC: col·lector pla

EFPC: col·lector pla evacuat

ETC: col·lector de tub de buit

CPC: tub de buit amb concentrador parabolic compost (CPC)

PTC: col·lector parabòlic de seguiment (“parabolic trough collector”)

Producció solar (1)


Producció solar (2)

300 – 850

kWh / m2a

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

BILBAO

BARCELONAMADRID

LISBOAHUELVA

[kW

h/m

2 a]

Site Global irradiation (horizontal) kWh/m²a

Bilbao 1 294 Barcelona 1 445

Madrid 1 664 Lisbon 1 686 Huelva 1 872

80 ºC 100 ºC 120 ºC 150 ºC


Cost de l’energia solar (camps gran)

? Costos de instalació: 250 – 300 €/m2

? Preus de l’energía solar (calor útil en el procès):

? Comparación gas natural comercial: ? Aprox. 3-6 c€/kWh calor útil

1.5 - 41 - 2Amb subvenció:

50 % instalació

3 - 82 - 4Sin subvenció

Mitja temperatura

60 – 150 ºC

Baixa temperatura

< 60 ºC

www.aiguasol.com



chiller



supplya i r

ambienta i r

exhausta i r

bufferstorage

desi

ccan

t w

heel

heat

rec

over

y w

heel

REFREDADORES TÈRMIQUES


Frio y aire acondicionado solarEnfriadoras térmicas

? AbsorciónTemp: 75 – 90 ºC (160ºC)COP: 0.6 – 0.7 (1.1)

? AdsorciónTemp: 60 – 85 ºCCOP: 0.55 – 0.65

? Sistemas de desecanteTemp: 50 - 70 ºCCOP: 0.5 – 0.6Enfriamiento de aire

? Sistemas de inyección de vapor (jet pumps)

Temp: > 100 ºCCOP: 0.5 – 1.0Bajo coste en sistemas grandes


MÀQUINES D’ABSORCIÓ


Introducció

? La màquina d’absorció es una BOMBA DE CALOR: permet traspassar energia d’una font a baixa temperatura a una altra a alta temperatura amb un consum petit d’energia addicional

? L’energia aportada és tèrmica, a diferència dels cicles de compressió, en que és elèctrica

? En els processos de compressió es produeix una compressió MECÀNICA del vapor del refrigerant aspirat de l’EVAPORADOR, mentre que en els processos d’absorció es produeix una compressió TÈRMICA

? L’absorció es basa en l’afinitat físico-química entre parelles de compostos com amoníac i aigua o, bromur de liti (sal) i aigua.


Classificació màquines d’absorció (1)

? Segons el tipus de fluid refrigerant / absorbent? Bromur de liti – aigua: aplicació principal en climatització

• Temperatura aigua freda > 5 ºC ? Limitació: congelació de l’aigua a 0 ºC• Refrigerada per aigua• Cristalització LiBr per disolucions > 70 % ? limita la màxima Tª absorbedor

? Amoníac – aigua: aplicació principal en indústria (problema de contaminació per amoníac) i disponibilitat de màquines de gran potència. Excepció: petits frigorífics de fins 20 kW (ex. hotels)

• Temperatures d’aigua freda < 5 ºC• Refrigerada per aire o aigua

? Altres: metilamina-aigua, metanol – bromur de liti

absorbent LiBr H2O

refrigerant H2O NH3

BROMUR DE LITI AMONIAC


Classificació màquines d’absorció (2)

? Segons el tipus de cicle? simple efecte: etapa única de generació (separació de refrigerant i

de substància absorbent)? doble efecte: dos etapes de generació. Eficiència superior al de

simple efecte• 1a. etapa (alta temperatura): calor directe de la font externa• 2a. etapa (baixa temperatura): calor del vapor de refrigerant abans de

que arribi al condensador, mitjançant un bescanviador


Característiques tècniques màquines LiBr-aigua

vaporaigua sobreesc.

aigua sobreesc.

aigua calentamedi

1-1.21-1.150.72-0.750.6-0.75COP

350-50001300-7000300-490035-6000potència (kW)

26-3415-4027-35

15-3227-35

15-3527-35

T im/ret refrigeració (ºC)

6-124.5 - 156-126-12T im/ret fred (ºC)

140-1851.5 bar

150-187130-83130-80

95-7595-85

temperatura/pressió generador (ºC)

doble efectedoble efectesimple efectesimple efecte

? No s’inclouen les de flama directa? Existeix un model YAZAKI de 35 kW de simple efecte


Components màquina d’absorció (1)

Recipient d’acer que conté? GENERADOR (dos en equips de

doble efecte)? CONDENSADOR

? EVAPORADOR? ABSORBEDOR

? BESCANVIADOR DE CALOR

? PURGADORS

? SISTEMA DE REGULACIÓ I CONTROL

Nota: descripció basada en la màquina de simple efecte de LiBr

Font: York


Components màquina d’absorció (2)

Font: Carrier

Font: Trane


Marques comercials de màquines absorció

APINABORSIG

CARRIERYORK

TRANE BROADYAZAKI

THERMAXROBUR

Distribució a Espanya

COLIBRI(...)

LGEAW

ENTROPIESANYO-MCQUAY

SULZER-ESCHER-WYSS

Distribució a la Unió Europea

NH3-aiguaLiBr-aigua


MÀQUINES D’ADSORCIÓ


Principis bàsics

? ADSORCIÓ: procés físic pel que un refrigerant és incorporat en un sòlid

? Exemples:? Silica-gel – aigua? Zeolita – aigua? Carbó activat – amoniac? Carbó activat – metanol

? Funcionament de les màquines es basa en la capacitat de circular el fluid refrigerant entre l’adsorbedor i el desorbedor en un procés cíclic? refrigeració sòlid ? adsorbir ? unió sòlid-líquid? escalfament sòlid ? desorbir ? separació sòlid-líquid


Cicle d’adsorció

? 1. El refrigerant adsorbit es separat del sòlid mitjançant escalfament amb un serpentí d’aigua calenta (dreta);2. El refrigerant condensa al condensador. Es refrigera mitjançant l’aigua d’una torre de refredament;

? 3. Els condensats es condueixen a l’evaporador on evaporen a baixa pressió. Aquí es produeix la refrigeració;

? 4. El refrigerant és adsorbit (esquerra). La calor s’extreu amb la torre de refrigeració

? Quan el departament dret està completament carregat ? INVERSIÓCICLE


Eficiència adsorció respecte absorció


Estat del mercat d’adsorció

? Fabricants: Mycom i Nishiyodo (Japó)

? Potències: 70 – 400 kW

? Temperatura d’alimentació: > 55 ºC

? COP: 0.55 – 0.65


Avantatges e inconvenients respecte absorció

? AVANTATGES? Temperatura treball < 85 ºC? Col·lectors plans són efectius,

no cal CPC o buit

? INCONVENIENTS? Cost Superior? Eficiència menor? Rang potències disponibles

menor

0 250 500 750 1000 1250 1500

cooling capacity [kW]

0

300

600

900

1200

1500

1800

2100

2400

2700

3000specific costs [DM/kW]

absorptionadsorptioncompression

Font: ISE-Fraunhofer instiute (Freigurg-Alemanya) Projecte: Altener-Barcelona Renovable 2004


DESSECACIÓ AMB REFREDAMENT EVAPORATIU

DEC (desiccant evaporative cooling)


Principis de DEC (1)

? Sistema actuant directament sobre el aire a acondicionar

? Control simultanes de temperatura i humitat

? Utilitza elements habituals del mercat d’acondicionament d’aire (unitats de tractament d’aire)

? Element adicional principal: roda dessecant

? Temperatura solar necessària: 45 ºC !!


Exemples de cicles (1)


Exemples de cicles (2)

? Tipus col·lectors:? aire? aigua – plans

? Sistema de suport al sistema solar? Sistema de suport a la producció de calefacció en l’aire impulsió? Sistema de suport a la producció de refrigeració en l’aire d’impulsió? compressió? absorció – solar

? Tipus de recuperació d’aire? tancat? obert


Esquema de màquina DEC

Imatge facilitada per Munters


Tipus de rodes dessecants

870850250Wheel Diameter [mm]

140200sinusoidal structure

Wheel depth [mm]

honeycombsinusoidal structure

lithium chloride

Matrix structure

Hexcore ETSTM

(titanium silicate)

silica gelCelluloseDesiccant Type

Hexcore NomexTM

ceramic bonded

mineral fibre

Matrix Material

DES-H-Hexcore-DC15/N

MCC-1-870-SiSECO 1000Wheel Type

EngelhardHexCore, LP

MuntersKlingenburgManufacturer

www.aiguasol.com



chiller



supplya i r

ambienta i r

exhausta i r

bufferstorage

desi

ccan

t w

heel

heat

rec

over

y w

heel

CONFIGURACIONS DE SISTEMES


Esquema instal·lació (1)

? Tipologíes de sistemes de fred solar. Característiques distinctives :

1. Sistema auxiliarCaldera de gasRefredadora de compressió

2. Accumulació de calor i/o de fred3. Sistema de distribució de fred

Refredament d’aireDistribució d’aigua freda (sostre o paret radiant, fan-coils)

4. Tipus de utilitzacióSistemes únicament per fredGeneració alternativa de fred o de calor (calefacció)Generació simultanea de fred i de calor (ACS)


SISTEMA AUXILIAR


Comparativa absorció+gas vs. compressió Consum especific d’energía primaria

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1

solar fraction cooling

0

0.5

1

1.5

2specific primary energy per unit of cold

conventional system

thermal system, low COP

thermal system, high COP

no primary energy saving

saves primary energy


Recomanacions sistema auxiliar

1. Sistemes Absorció simple efecte + caldera de gas: requereixen una alta fracció solar (> 70 %)

2. Sistemes Absorció doble efecte + caldera de gas: poden dissenyarse amb fraccions solars mes petites (> 40 %)

3. Alternativa recommanada: enfriadora convencional com a sistema de support

4. Sistemes 100 % solars possibles, pero economicament dificilmentviables

5. Optim energètic i económic: utilització de calor residual o cogeneració com a font auxiliar


Sistema per a calefacció i aire acondicionat


Sistema de absorción y enfriadora de compresión


Producció simultania de fred i calor

acumulació solar a 2 nivells de temperatura


Sistema de absorción y bomba de calor


ALTRES VARIANTS INTERESSANTS


Tubos enterrados

acumulació aigua freda

suport sense

caldera


Apoyo por cogeneración

Máquinade absorción

Acumulador Acumulador

AcumuladorEquipo de

Cogeneración


Accumulació de calor i fred

? Accumulació de fred? Cubreix pics de demanda (máquines més petites, més hores de

operació)? Evita funcionament a carrega parcial o de forma interrompida

? Accumulació de calor? Desfase de demanda de fred i de disponibilitat de calor solar ? Garantir un funcionament continu de la máquina en dies de

insolació variable? Tamany típic: 25 litres / m2 de col.lector


CÁLCUL D’INSTAL.LACIONS


Mètodes de càlcul

Mètodes de càlcul disponibles:

? Balanços energètics anuals o mensuals

? Càlcul simplificat amb dades horàries de demanda i de disponibilitat solar

? Simulació dinàmica? TRNSYS? Eina Task 25

meteo databuilding model

collector model

solar fractions forheating and cooling

COP, ?

req

uir

ed h

eat

solar gains

0

50

100

150

200

250

0 100 200 300 400 500 600 700 800


Simulació dinàmica – TRNSYS (1)

? Característiques de TRNSYS

? mètode de càlcul numèric

? simulació del comportament tèrmic de la instal·lació de forma contínua per tot l’any, analitzant els fenòmens transitoris dels fluxos de calor

? integra la variabilitat de la climatologia (temperatura, radiació)

? permet analitzar els diferents factors que el determinen el comportament energètic del sistema ? estudi paramètric?optimització


Simulació dinàmica - TRNSYS (2)

? Interface de treball de TRNSYS



? Resultats obtinguts amb TRNSYS


0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

Gener Febrer Març Abril Maig Juny Juliol Agost Setembre Octubre Novembre Desembre

kWh

Demanda calefacción mensual kWh

Demanda total kWh

Aporte Solar kWh


? Anàlisi dels resultats

0

5

10

15

20

25

30

35

1 14 27 40 53 66 79 92 105 118 131 144 157

Tamb Tair


Simulació dinàmica – TRNSYS (5)

Opcions de càlcul amb eines de simulació dinàmica

1. Càlcul independent edifici i sistema de climatització

Pas 1: Simulació de la demanda del edifici (calefacció, refrigeració)Model sistema de climatització = sistema ideal amb potència infinitaResultat intermig: Artxiu de dades horaries de demandes de calor i fred

Pas 2: Simulació del sistema de climatització

Resultat: Aportacions energètiques del sistema real de climatització

2. Càlcul acoplat edifici i sistema de climatització

Simulació del edifici (demanda) i sistema de climatització en el mateix softwareModel sistema de climatització = sistema real

Resultats:- Aportacions energètiques del sistema real de climatització- Grau de cumpliment dels criteris de confort

www.aiguasol.com



chiller



supplya i r

ambienta i r

exhausta i r

bufferstorage

desi

ccan

t w

heel

heat

rec

over

y w

heel

PROJECTES REALITZATS


FRED SOLAR PER ADSORCIÓGUETERMANN MÈXIC


Fred solar per adsorció - GUETERMANN MÈXIC (2)

? MYCOM ADR-50? 176 kW frio – 291 kW calor ? COP = 0.60 a 75 ºC agua caliente

? Relación superficie-potencia frío: 2.5 m2/kWf

? Capacidad de almacenamiento: 17 m3 (40 l/m2) con ? T = 20 K (75-95 ºC) = 400 kWh (aprox. 1.5 horas a plena potencia).

? Funcionamiento 100 % solar !

? Enfriamiento de aire a través de intercambiador de calor



Adsorberanlage176 kW

75°C

P201

V201

50 m3/h

max.95°C

8,8 m 3

P103

W101

B202

Heizkreislauf

Solarkreislauf

425 m 2

W201

70°C

P202

P104F

TI103

TI104

Entleerung

TI202

M M

TDI201

F

Befüllung

R103

R104

H103

H104

H107

H105

H108H201 H202

R201 R202

V202

H204

V203

H206

H203

H110

M

M

V101

DN 80

H109

DN 64

DN 64

DN 51

Entlüftung

FI102

N-5

N-4

TI202

8,8 m 3B201

RE t

MM V204

H105

H106

DN 80

DN 100



Col·lectors solars



Màquina adsorció


SISTEMA DEC AMB COL.LECTORS CPC

Oficines INETI – DERLisboa, Portugal


Instal·lació a oficines INETI Portugal

? Sistema climatització dessecant-evaporativa amb suport solar a unes oficines

Col·lectors CPC

Màquina DEC

Rotor dessecant


SISTEMA DEC AMB COL.LECTORS D’AIRE

Biblioteca Pompeu FabraMataró (Barcelona)


Biblioteca MataróCaracterístiques generals del projecte

? DESICCANT COOLING WITH INTEGRATED PV FACADE AND SOLAR AIR COLLECTORS

? Location: Pompeu Fabra Library Mataró (Barcelona)

? Aim: air conditioning of Audiovisual-Infantil area (2.120 m3) of theMataró library using solar energy: air collector + existing PV façade and sheets on the roof

? Acronym: AIRCOOL

? Coordinator: Fachochschule Stuttgart (Germany)

Source: TFM, S.A.


Biblioteca Mataró– Característiques tècniques

5.500 kgWeight (with fixing system)

GrammerManufacturer

Seibu GikenManufacturer

Ceramic / Silica gelMatrix material / Desiccant type

105 m2Solar collector surface

85 m3/h/m2Specific volume-rate

Solar-air collectors

97.2 kg/hNominal dehumidification capacity

Sorption wheel

20 ºSlope

102 l/hWater consumption

3 000 – 9 000 m3/hRegenerating air flow

6 000 – 12 000 m3/hSupply air flow

55 kWCooling capacity


Biblioteca Mataró– Esquema de funcionament

Modes funcionament:

• estiu

• hivern

• ventilació natural

• emergència


Biblioteca Mataró – Sistema solar d’aire

1065945

Ø560

34°

Ø 7

1019

5 550

355

Ø710

Ø 450 Ø630

1990

SRF-2B Ø 450

610

610

1100

1100

SRF-2B Ø 450

1100

1100

TCU Ø 710-450

RCLU Ø630-450

TCU Ø630-450

BFU Ø 450

62028775450225 75

SECTION IN SECTION OUT

1020

3400

400

BFU 90°Ø 710

630

900756207541675

RCLU Ø 710-630

600

1800

Air collector

Facade

Shed 1

Shed 2

Shed 3

Shed 4

5000 m²/h

1000 m²/h

1000 m²/h

1000 m²/h

1000 m²/h9000 m²/h

DCS Machine

26/03/01 SYSTEM OF VENTILATION

SOLAR AIR SYSTEM 02Teulades i Façanes Multifuncionals SA

V2

1V


Biblioteca Mataró – Elements UTA

• Dessicant wheel

• Heat recovery wheel


Biblioteca Mataró - UTA

Source: TFM, S.A.


INSTAL·LACIONS DE FRED SOLAR A ESPANYA


Frio solar:Proyectos en España

? Belroy Palace Hotel – Benidorm: ? máquina d’absorció con tubos de vacío

? Escuela de Ingenieros/as de la Universidad de Sevilla: ? máquina de absorción de 35 kW y colectores planos

? Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial: ? màquina d’absorción de 35 kW y colectores planos

? CARTIF – Valladolid:? màquina de absorción de 35 kW y colectores planos y de vacío

? SIEMENS-Controlmatic – Cornellá (Barcelona):? Máquina de absorción y colectores cilindro-parabólicos

? Bodegas Torres – Vilafranca del Penedès (Barcelona):? Máquina de absorción y colectores planos (?)

www.aiguasol.com



chiller



supplya i r

ambienta i r

exhausta i r

bufferstorage

desi

ccan

t w

heel

heat

rec

over

y w

heel

RECERCA


Solar Heating & Cooling Programme

R+D en fred solar IEA Solar Heating and Cooling. TASK 25

? Objectiu: millorar les condicions del mercat per a la introducció dels sistemes de refrigeració assistits per energia solar

? Subtask A: Base de dades d‘instal·lacions de fred solar ? Subtask B: Eines de disseny i programes de simulació? Subtask C: Tecnologia, mercat i beneficis mediambientals? Subtask D: Projectes de demostració en fred solar

? Països participants: Austria, Dinamarca, França, Alemanya, Grecia, Israel, Italia, Japó, Mèxic, Holanda, Portugal, Espanya

A Internet:www.iea-shc-task25.org


Solar Heating & Cooling Programme

R+D en calor solar per a processos IEA Solar Heating and Cooling . TASK 33

IEA Solar PACES. TASK 4

? Objectiu: aplicació d‘energia solar térmica per a processos industrials

? Subtask A: Analisi de potencial d‘aplicació, projectes realitzats i difusió

? Subtask B: Análisi sistemes energétics industrials? Subtask C: Col.lectors solars i components? Subtask D: Integració de sistemes i projectes de demostració

? Països participants: Austria, Alemanya, Espanya, Grecia, Mèxic, Portugal, Rep. Txeca, Suècia, Suiza.

COMENÇAMENT DESEMBRE 2003

Instituts i empreses interesades convidades a participar Solar


PER A MÉS INFORMACIÓ...

E-mail: [email protected]://www.aiguasol.com

Adreça postal:AIGUASOL ENGINYERIA

C/ Palau, 4, 2n 2aE-08002 BARCELONASpain

Tel: + 34 93 342 47 55Fax: + 34 93 342 47 56

?

@

Sistemes d’Aire Acondicionat...

Documents

Transcript of Sistemes d’Aire Acondicionat...